Zagadnienia mocy i sprawności w wzmacniaczu kl. A (SE)

[kris]

Witam

Być może temat jest banalny i czysto akademicki, ale miałbym prośbę, żeby ktoś mi to jasno wytłumaczył. Chodzi o to, że wszędzie w literaturze przyjmuje się, że wzmacniacz pracujący w klasie A z transformatorowym wyjściem ma teoretycznie sprawność 50%, w praktyce ta sprawnośc wynosi maksymalnie 30%, bo trudno wykorzystać w pełni napięciowo i prądowo lampę końcową mocy. Sprawność jest oczywiście liczona przy maksymalnym wysterowaniu. Ponadto przyjmuje się, lampa końcowa pobiera z zasilacza stałą i równą moc niezależnie czy jest wysterowana czy nie nie. Nie ma więc wzrostu poboru mocy z zasilacza gdy wzmacniacz jest wysterowany, co zresztą potwierdzają pomiary, które sam sobie zrobiłem. Pytanie więc skąd bierze się dodatkowa moc wydzielana na obciążeniu (głośniku, rezystorze zastępczym itp) w momencie wysterowania lampy? Przecież wzmacniacz to nie perpetum mobile i suma mocy na obciążeniu i traconej na wszystkich elementach musi się równać mocy pobranej z zasilacza. Z jakiego elementu wzmacniacza moc tracona "przelewa się" na moc użyteczną oddaną do obciążenia, bo chyba nie z lampy skoro zakłada się, że ona pobiera stałą moc z zasilacza bez względu na wysterowanie. Przyjmując, że sprawność wynosi te 30% oznacza to, że maksymalnie 30% mocy z zasilacza może byc wydzielone na obciążeniu. Gdzie więc te 30% mocy jest tracone w wzmacniaczu gdy brak jest wysterowania?

[jethrotull]

Weźmy taką EL84. Pa_max=12W, tyle się wydziela na anodzie bez sygnału. Pwy=6W, tyle się wydziela na obciążeniu przy pełnym wysterowaniu (sinusem). W momencie gdy moc jest oddawana do obciążenia, ta sama moc odejmuje się od chwilowej mocy admisyjnej, tzn. jeśli w danym momencie oddajemy do obciążenia np 4W to na anodzie lampy wydziela się tylko 8W itp.
Także spokojnie, nie ma tu żadnego perperuum mobile
Sprawność 50% jest możliwa do uzyskania przy pełnym wysterowaniu, wtedy Pa=Pwy=6W.
W przypadku wysterowania sygnałem prostokątnym moc wydzielana na lampie wynosi (prawie) 0W. Mamy do czynienia tylko z dwiema skrajnymi sytuacjami - lampa zatkana, nie płynie żaden prąd, a więc moc nie odkłada się na lampie; lampa otwarta, nie ma (prawie) żadnego oporu (Ri bliskie 0), co oznacza że na lampie nie odkłada się żadne napięcie, a więc i moc też równa zeru. Z tego wynika ogromna sprawność wzmacniaczy impulsowych - teoretycznie 100%, w praktyce (ze względu na to "prawie" oraz na niezerowy czas przełączania między stanem zatkania i otwarcia) 80-90%.

[tszczesn]

Witam

Być może temat jest banalny i czysto akademicki, ale miałbym prośbę, żeby ktoś mi to jasno wytłumaczył. Chodzi o to, że wszędzie w literaturze przyjmuje się, że wzmacniacz pracujący w klasie A z transformatorowym wyjściem ma teoretycznie sprawność 50%, w praktyce ta sprawnośc wynosi maksymalnie 30%, bo trudno wykorzystać w pełni napięciowo i prądowo lampę końcową mocy. Sprawność jest oczywiście liczona przy maksymalnym wysterowaniu. Ponadto przyjmuje się, lampa końcowa pobiera z zasilacza stałą i równą moc niezależnie czy jest wysterowana czy nie nie. Nie ma więc wzrostu poboru mocy z zasilacza gdy wzmacniacz jest wysterowany, co zresztą potwierdzają pomiary, które sam sobie zrobiłem. Pytanie więc skąd bierze się dodatkowa moc wydzielana na obciążeniu (głośniku, rezystorze zastępczym itp) w momencie wysterowania lampy? Przecież wzmacniacz to nie perpetum mobile i suma mocy na obciążeniu i traconej na wszystkich elementach musi się równać mocy pobranej z zasilacza. Z jakiego elementu wzmacniacza moc tracona "przelewa się" na moc użyteczną oddaną do obciążenia, bo chyba nie z lampy skoro zakłada się, że ona pobiera stałą moc z zasilacza bez względu na wysterowanie. Przyjmując, że sprawność wynosi te 30% oznacza to, że maksymalnie 30% mocy z zasilacza może byc wydzielone na obciążeniu. Gdzie więc te 30% mocy jest tracone w wzmacniaczu gdy brak jest wysterowania?

Już podałeś odpowiedź - w lampie. lampa pobiera stałą moc ze źródła zasilania, i tak moc się wydziela w części w obciążeniu, w części w lampie. Z tego jest prosty wniosek - wzmacniacz w klasie A grzeje się mniej, gdy jest maksymalnie obciążony, i to jest prawda

[kris]

Dzięki za odpowiedzi. Jakoś nie mogłem sobie tego uzmysłowić, że w momencie wysterowania lampa nadal pobiera ta samą moc z zasilacza, ale część tej mocy, który wydzielała się wcześniej jako moc tracona na anodzie jest wówczas oddawana do obciążenia. Pewnie odpowiednie wykresy i przebiegi wyjasniły by sprawę. Jest to o tyle trudne do zrozumienia, bo przeciez w momecnie wysterowania lampy sygnałem sinusoiudalnym jej prąd anodowy zmienia się cyklicznie wraz z zmianami sygnału sterujacego, to znaczy raz prąd jest większy a raz mniejszy od wartości spoczynkowej.
Czy gdyby przyjąć, że na wykresie charakterystyki lampy poruszalibyśmy się z sygnałem wzdłuż prostej obciążenia stycznej do krzywej mocy admisyjnej lampy to moc oddawna do obciążenia odpowiada tym niewielkim powierzchniom pod tą krzywą? Powierzchnie oczywiście od dołu ograniczone prostą obciązenia.

W przypadku lampy to trochę trudno byłoby zmierzyć w praktyce, ale ciekawe czy w przypadku stopnia tranzystorowego dałoby się zmierzyc i zauważyć spadek temperatury tranzystora w momencie pełnego wysterowania wzmacniacza kl A.

[tszczesn]

Dzięki za odpowiedzi. Jakoś nie mogłem sobie tego uzmysłowić, że w momencie wysterowania lampa nadal pobiera ta samą moc z zasilacza, ale część tej mocy, który wydzielała się wcześniej jako moc tracona na anodzie jest wówczas oddawana do obciążenia. Pewnie odpowiednie wykresy i przebiegi wyjasniły by sprawę. Jest to o tyle trudne do zrozumienia, bo przeciez w momecnie wysterowania lampy sygnałem sinusoiudalnym jej prąd anodowy zmienia się cyklicznie wraz z zmianami sygnału sterujacego, to znaczy raz prąd jest większy a raz mniejszy od wartości spoczynkowej.

Owszem - ale średni prąd jest stały i taki sam, niezależnie od wysterowania. Natomiast uśredniony iloczyn prądu i napięcia na lampie (czyli moc tracona) spada, bo w chwili gdy prąd rośnie to napięcie na lampie spada, gdy napięcie rośnie to prąd spada, sumarycznie iloczyn tez spada.

Czy gdyby przyjąć, że na wykresie charakterystyki lampy poruszalibyśmy się z sygnałem wzdłuż prostej obciążenia stycznej do krzywej mocy admisyjnej lampy to moc oddawna do obciążenia odpowiada tym niewielkim powierzchniom pod tą krzywą? Powierzchnie oczywiście od dołu ograniczone prostą obciązenia.

Nie specjalnie wiem o co ci chodzi i jak to ma wyglądać, ale graficznie moc to pole trójkąta ograniczonego krzywa obciążenia i amplitudami prądu i napięcia.

[kris]

[
Nie specjalnie wiem o co ci chodzi i jak to ma wyglądać, ale graficznie moc to pole trójkąta ograniczonego krzywa obciążenia i amplitudami prądu i napięcia.

Ok, tylko jak dobrze rozumiem pole tego trójkąta odzwierciedla całą moc pobieraną przez lampę z zasilacza. Pytanie czy da się graficznie na charakterystyce Ua=f(Ia) lampy przedstawić tylko ten fragment mocy, który wydziela się w obciążeniu?

Zastanawia mnie jescze czy da się jakimś wzorem określić zaleznośc sprawności wzmacniacza w funckcji wysterowania. Czy jest np. to zalezność liniowa?

Cos mnie wzięło na rozważania teoretyczne Chyba czas z tym skończyc i przejśc do praktyki

[tszczesn]

Nie specjalnie wiem o co ci chodzi i jak to ma wyglądać, ale graficznie moc to pole trójkąta ograniczonego krzywa obciążenia i amplitudami prądu i napięcia.

Ok, tylko jak dobrze rozumiem pole tego trójkąta odzwierciedla całą moc pobieraną przez lampę z zasilacza. Pytanie czy da się graficznie na charakterystyce Ua=f(Ia) lampy przedstawić tylko ten fragment mocy, który wydziela się w obciążeniu?

Moc pobierana ze wzmacniacza to U0*I0, czyli iloczyn spoczynkowego prądu i npaięcie, graficznie jest to prostokąt o przeciwległych wierzchołkach leżących jeden w początku układu współrzędnych, drugi w punkcie pracy. Moc oddawana do obciążenia to trójkąt którego boki podałem wcześniej,

Zastanawia mnie jescze czy da się jakimś wzorem określić zaleznośc sprawności wzmacniacza w funckcji wysterowania. Czy jest np. to zalezność liniowa?

Cos mnie wzięło na rozważania teoretyczne Chyba czas z tym skończyc i przejśc do praktyki

Nie do końca. Liniowo rośnie moc oddawana do obciążenia, sprawność nie do końca liniowo rośnie od 0 do 50%.

[kris]

Nie do końca. Liniowo rośnie moc oddawana do obciążenia, sprawność nie do końca liniowo rośnie od 0 do 50%.

W sumie to dość ciekawy aspekt sprawy. Z tego wynika oczywista rzecz, że wzmacniacz kl. A zupełnie odmiennie zachowuje się mocowo niż kl. B lub AB, w których straty mocy na początku są najmniejsze, potem rosną wraz z wysterowaniem, a w końcu zaczynają maleć, gdy osiąga się pełne wysterowanie (o ile się nie mylę).

To, że wzmacniacz w klasie A pobiera równy prad z zasilacza to w sumie i wielka wada, ale też zaleta. Szczególnie jesli ma się stopień RC w filtrze zasilacza. Zasilacz przynajmniej pracuje stabilnie, napięcie i ewentualne tetnienia są na stałym przewidywalnym poziomie. W klasie B (lub AB) napięcie z zasilacza niestety "przysiada" wraz z wysterowaniem a tętnienia rosną.

[OTLamp]

Nie do końca. Liniowo rośnie moc oddawana do obciążenia, sprawność nie do końca liniowo rośnie od 0 do 50%.

Z wysterowaniem? Rośnie raczej kwadratowo (przy założeniu że lampy są liniowe), sprawność rośnie przecież tak samo, bo to przecież moc wyjściowa podzielona przez moc pobraną, a ta jest stała (tzn. zakładamy że taka jest )

[OTLamp]

niż kl. B lub AB, w których straty mocy na początku są najmniejsze, potem rosną wraz z wysterowaniem, a w końcu zaczynają maleć, gdy osiąga się pełne wysterowanie (o ile się nie mylę).

A to już zależy od punktu pracy, obciążenia i samych charakterystyk lamp. Da się zrobić taki wzmacniacz w klasie AB, w którym moc tracona w anodach lamp będzie praktycznie stała, niezależna od mocy wyjściowej.

[Beier]

W klasie B (lub AB) napięcie z zasilacza niestety "przysiada" wraz z wysterowaniem a tętnienia rosną.

W przeciwsobnym układzie równoległym tętnienia napięcia na końcówce mocy się znoszą w trafie - ich fazy są przesunięte o pi. Jeżeli masz trafo z pewnym zapasem prądowym to na samej rezystancji uzwojenia raczej spadki będą niewielkie. Na diodach krzemowych to samo. Końcówkę PP zasila się zazwyczaj z pierwszego kondensatora filtra, więc nie ma się co bać o spadek na rezystancji dławika czy opornika. Co innego jeżeli mamy do czynienia z próżniową diodą - tam rzeczywiście są przysiady - wpływ tego zjawiska często stosuje się to w konstrukcjach gitarowych, w hajfaj kompensuje się to np pojemnym kondem za dławikiem i wpięciem końcówki na tym właśnie kondzie a nie na pierwszym - inna sprawa to dławik o przyzwoitej dobroci aby nie pogarszać przysiadów.

[kris]

. Da się zrobić taki wzmacniacz w klasie AB, w którym moc tracona w anodach lamp będzie praktycznie stała, niezależna od mocy wyjściowej.

Jak to jest możliwe? Gdzie ten punkt pracy wówczas wypada? Rozumiem, że chyba chodzi Tobie o układ z bardzo dużym prądem spoczynkowym, ale jaki to wówczas ma sens z punktu widzenia sprawności wzmacniacza? Zawsze wydawało mi się, że klasie wzmacniacza AB raczej bliżej do B niż do A.

Widzę, że wywołałem drobną dyskusję teoretyczną Tak w zasadzie to z tego powodu, że przymierzam się od dłuższego czasu do zbudowania stereofonicznego wzmacniacza audio. Mam do dyspozycji dwie EL34, odpowiedni transformator zasilający i dwa transformatory TS40/61, które zamierzam zaadaptować i ewentualnie przewinąć jako wyjściowe. Muszę jeszcze tylko policzyć, czy te trafa (jeśli chodzi o wielkość rdzenia) nadają się do EL34. Zastanawiam się czy próbować robić PP czy SE, dokładając oczywiście szczelinę do traf TS40/61. Wiadomo, większość napisze, że lepiej PP, bo lepsza sprawność, mniejsze tętnienia, lepsze wykorzystanie transformatorów wyjściowych. Tylko czy skoro tak naprawdę interesuje mnie kilka watów mocy wyjściowej warto kupować kolejne lampy EL34 i na siłę robić PP ? To co zyskam na większej sprawności wzmacniacza stracę na mocy potrzebnej do żarzenia większej ilości lamp. Aż tak bardzo nie zależy mi na dodatkowym grzejniku w pokoju Można zapytać po co w takim razie EL34, skoro mógłbym dać spokojnie mniejsze np. EL84, ale akurat chcę dać te oktalowe lampy w końcówce mocy, bo udało mi się je kiedyś tanio zdobyć wraz z podstawkami.

Zakładam, że wzmacniacz będzie chodził na pół "gwizdka", nigdy nie będzie wysterowywany na maksimum, dlatego daję mniejsze transformatory wyjściowe, z mniejszym rdzeniem, niż takie co normalnie powinny być dla EL34. Oczywiście przekrój samych uzwojeń dobiorę odpowiedni dla prądu anodowego lamp EL34.

[OTLamp]

Jak to jest możliwe? Gdzie ten punkt pracy wówczas wypada? Rozumiem, że chyba chodzi Tobie o układ z bardzo dużym prądem spoczynkowym,

Ano jest możliwe Prąd spoczynkowy owszem jest, a to jak duży, zależy od liniowości konkretnej lampy.

ale jaki to wówczas ma sens z punktu widzenia sprawności wzmacniacza?

A jaki jest sens budowania wzmacniaczy lampowych z punktu widzenia sprawności? Żadnego

Zawsze wydawało mi się, że klasie wzmacniacza AB raczej bliżej do B niż do A.

Bo najczęściej tak jest, co nie znaczy, że w spoczynku nie może się wydzielać nawet pełna moc admisyjna

[tszczesn]

Nie do końca. Liniowo rośnie moc oddawana do obciążenia, sprawność nie do końca liniowo rośnie od 0 do 50%.

Z wysterowaniem? Rośnie raczej kwadratowo (przy założeniu że lampy są liniowe), sprawność rośnie przecież tak samo, bo to przecież moc wyjściowa podzielona przez moc pobraną, a ta jest stała (tzn. zakładamy że taka jest )

Słusznie. Sam się zamotałem, raz miałem na myśli moc, raz napięcie i wyszło co wyszło

[Beier]

Jak chcesz parę watów mocy to zrób szeregowy PP na 6N6P Jeżeli koniecznie musi być EL34 to zepnij w triodę i zrób SE. Możliwe wtedy jednak, że będziesz potrzebował więcej żelaza na rdzeń TG niż uzyskasz ze swoich dawców. Kto był tak mądry i powiedział Ci ze w SE są większe tętnienia? W tym układzie może trudniej pozbyć się przydźwięku ale to tylko kwestia poprawnie zaprojektowanego i wykonanego filtra w zasilaczu.